TELEPROCESOS Y COMUNICACIÓN DE DATOS I (PARTE 2) MÓDULO III Por: Ing. Yvan Gómez

PROPAGACIÓN DE LA LUZ La luz se mueve a la velocidad de la luz en el vacío. Cuando se propaga por cualquier otro medio, la velocidad es menor. Cuando la luz pasa de propagarse por un cierto medio a otro, su velocidad cambia, sufriendo efectos de reflexión y de refracción.

PROPAGACIÓN DE LA LUZ Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un medio o material, se le asigna un Índice de Refracción "n", un número deducido de dividir la velocidad de la luz en el vacío (299.792.458 m/s) entre la velocidad de la luz en dicho medio.

PROPAGACIÓN DE LA LUZ Ley de Snell: El índice de refracción del primer medio (n1), por el seno del ángulo (θ1) con el que incide la luz en el segundo medio, es igual al índice del segundo medio (n2) por el seno del ángulo (θ2) con el que sale propagada la luz en el segundo medio.

PROPAGACIÓN DE LA LUZ Reflexión Interna Total Un rayo de luz propagándose en un medio con índice de refracción n1 incidiendo con un ángulo θ1 sobre una superficie de índice n2 con n1>n2 puede reflejarse totalmente en el interior del medio de mayor índice de refracción.

FIBRA ÓPTICA Son filamentos de vidrio o plástico, del espesor de un cabello (entre 10 y 300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que pasan a través de ellos de un extremo a otro(incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.

FIBRA ÓPTICA Origen y Evolución 1959: Se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser. 1966: Surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación. 1977: Se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya cantidades importantes de pedidos de este material.

FIBRA ÓPTICA Fabricación La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. Se ensambla de un tubo y una barra de vidrio cilíndrico montados concéntricamente. Se calienta todo para asegurar la homogeneidad de la barra de vidrio. La barra obtenida será instalada verticalmente en una torre y calentada por rampas a gas. El vidrio se va a estirar en dirección de la raíz para ser enrollado sobre una bobina. Se mide el espesor de la fibra (~10um) para dominar la velocidad del motor del enrollador, a fin de asegurar un diámetro constante. Cada bobina de fibra es objeto de un control de calidad efectuado al microscopio. Después se va a envolver el vidrio con un revestimiento de protección (~230 um) y ensamblar las fibras para obtener el cable final a una o varias hebras.

FIBRA ÓPTICA Ventajas: Su ancho de banda es muy grande, gracias a técnicas de multiplexación, que permiten enviar hasta 100 haces de luz (cada uno con una longitud de onda diferente) a una velocidad de 10 Gbps cada uno por una misma fibra, se llegan a obtener velocidades de transmisión totales de 1 Tbps. Es inmune totalmente a las interferencias electromagnéticas. Al permanecer el haz de luz confinado en el núcleo, no es posible acceder a los datos trasmitidos por métodos no destructivos. Se puede instalar en lugares donde hayan sustancias peligrosas o inflamables, ya que no transmite electricidad.

FIBRA ÓPTICA Desventajas: La alta fragilidad de las fibras. Necesidad de usar transmisores y receptores más caros. Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en el campo, lo que dificulta las reparaciones en caso de ruptura del cable. No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios. La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversión eléctrica-óptica. No existen memorias ópticas.

FIBRA ÓPTICA Componentes de la Fibra Óptica El Núcleo: En sílice, cuarzo fundido o plástico, por el cual se propagan las ondas ópticas. Diámetro: aproximadamente entre 9 y 62,5μm. Revestimiento: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo. Recubrimiento o forro: por lo general esta fabricado en plástico y asegura la protección mecánica de la fibra.

FIBRA ÓPTICA

FIBRA ÓPTICA

FIBRA ÓPTICA Las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior de una fibra se denominan modos de propagación. Y según el modo de propagación tendremos dos tipos de fibra óptica: Multimodo y Monomodo.

FIBRA ÓPTICA: MULTIMODO CARACTERÍSTICAS: Diámetro: aproximadamente entre 50 y 62,5μm. Los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino. Puede tener más de mil modos de propagación de luz. Aplicaciones de corta distancia, máxima: 2 km. Simple de diseñar y económico. Usan diodos láser de baja intensidad. Fácil de conectar y tiene una mayor tolerancia.

FIBRA ÓPTICA: MULTIMODO Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra multimodo: Índice escalonado: en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión modal. Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo se constituye de distintos materiales.

FIBRA ÓPTICA: MULTIMODO

FIBRA ÓPTICA: MONOMODO CARACTERÍSTICAS: Diámetro: aproximadamente entre 8,3 y 10μm. Los haces de luz pueden circular por sólo un modo o camino. Aplicaciones de larga distancia, hasta 100km sin regeneración de la señal, mediante un láser de alta intensidad. Transmite elevadas tasas de información (decenas de Gbps). Es la más compleja de implantar

FIBRA ÓPTICA: MONOMODO

FIBRA ÓPTICA: CONECTORES Acopladores: Es la transición mecánica que da continuidad al paso de luz del extremo conectorizado de un cable de fibra óptica a otro. Pueden ser de tipo "Híbridos", que permiten acoplar dos diseños distintos de conector, uno de cada lado.

FIBRA ÓPTICA: CONECTORES El conector SC (Subscriber Connector) es un conector de inserción directa que suele utilizarse en telefonía en formato monomodo ó en conmutadores Ethernet de tipo Gigabit.

FIBRA ÓPTICA: CONECTORES El conector ST (Straight Tip) es un conector similar al SC, pero requiere un giro del conector para su inserción, de modo similar a los conectores coaxiales. Tiene un uso habitual en Redes de Datos y equipos de Networking locales en forma Multimodo.

FIBRA ÓPTICA: CONECTORES Conector FC (Ferrule Connector), para Monomodo o Multimodo con uso habitual en telefonía y CATV (Community Antenna Television) en formato Monomodo.

FIBRA ÓPTICA: CONECTORES FDDI (Fiber Distributed Data Interface), se usa para redes de fibra óptica. LC (Lucent Connector or Local Connector) y MT-Array (Mount Array) que se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos.

SISTEMA ÓPTICO Los bloques principales de un enlace de comunicaciones de fibra óptica son: transmisor, receptor y guía de fibra. El transmisor: consiste de una interfaz analógica o digital, un conversor de voltaje a corriente, una fuente de luz y un adaptador de fuente de luz a fibra. El receptor: incluye un dispositivo conector detector de fibra a luz, un foto detector, un conversor de corriente a voltaje un amplificador de voltaje y una interfaz analógica o digital.

SISTEMA ÓPTICO Emisores de Luz Se encargan de emitir el haz de luz que permite la transmisión de datos, pueden ser de dos tipos: LEDs. Utilizan una corriente de 50 a 100 mA, su velocidad es lenta, solo se puede usar en fibras multimodo, pero su uso es fácil y su tiempo de vida es muy grande, además de ser económicos.

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SISTEMA ÓPTICO Emisores de Luz Laser’s. (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) Usa corrientes de 5 a 40 mA, son muy rápidos, se puede usar con los dos tipos de fibra, monomodo y multimodo, pero su uso es difícil, su tiempo de vida es largo pero menor que el de los LEDs y son mucho más costosos.

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SISTEMA ÓPTICO Conversores Luz – Corriente Eléctrica Convierten las señales ópticas en señales eléctricas. Se limitan a obtener una corriente a partir de la luz modulada incidente, esta corriente es proporcional a la potencia recibida. Las condiciones que debe cumplir un fotodetector para su utilización en el campo de las comunicaciones, son las siguientes: Alta Sensibilidad: La corriente inversa (en ausencia de luz) debe ser muy pequeña, para así poder detectar señales ópticas muy débiles. Rapidez de respuesta (gran ancho de banda). El nivel de ruido generado por el propio dispositivo ha de ser mínimo.

SISTEMA ÓPTICO Conversores Luz – Corriente Eléctrica Hay dos tipos de detectores: los fotodiodos PIN y los de avalancha APD. Detectores PIN: Se componen de una unión P-N y entre esa unión se intercala una nueva zona de material intrínseco (I), la cual mejora la eficacia del detector. Se utiliza principalmente en sistemas que permiten una fácil discriminación entre posibles niveles de luz y en distancias cortas. Detectores APD: El mecanismo de estos detectores consiste en lanzar un electrón a gran velocidad (con la energía suficiente), contra un átomo para que sea capaz de arrancarle otro electrón.

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SISTEMA ÓPTICO Amplificador Óptico Amplifica una señal óptica directamente, sin la necesidad de convertir la señal al dominio eléctrico, amplificar en eléctrico y volver a pasar a óptico.

SISTEMA ÓPTICO: TRANSMISIÓN DE DATOS Cada trama va encapsulada en un tipo especial de estructura denominado contenedor. Una vez encapsulados se añaden cabeceras de control que identifican el contenido de la estructura (el contenedor) y el conjunto, después de un proceso de multiplexación, se integra dentro de la estructura STM-1 (Synchronous Transport Module level 1 - Trama básica de SDH). SDH: Jerarquía Digital Síncrona (Synchronous Digital Hierarchy) El resultado de la multiplexación es una trama formada por 9 filas de 270 octetos cada una (270 columnas de 9 octetos). La transmisión se realiza bit a bit en el sentido de izquierda a derecha y de arriba abajo. La trama se transmite a razón de 8000 veces por segundo (cada trama se transmite en 125 μs).

SISTEMA ÓPTICO: TRANSMISIÓN DE DATOS Todo esto origina los elementos siguientes: Multiplexor terminal: Es el elemento que actúa como un concentrador de las señales y realiza la transformación de la señal eléctrica en óptica y viceversa. Dos multiplexores terminales unidos por una fibra con o sin un regenerador intermedio conforman el más simple de los enlaces. Regeneradores: se encargan de regenerar el reloj y la amplitud de las señales de datos entrantes que han sido atenuadas y distorsionadas por la dispersión y otros factores. Multiplexores Add/Drop (ADM): permiten insertar o extraer señales en el flujo de datos alta velocidad. Gracias a esta característica es posible configurar estructuras en anillo.

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SISTEMA ÓPTICO: TRANSMISIÓN DE DATOS WDM ó multiplexación por división de longitud de onda (Wavelength Division Multiplexing) Es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED.

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